JP2012189044A - Laser ignition device and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両等の限られた搭載スペース載置された内燃機関の点火に用いられるレーザ点火装置とその制御方法に関する。 The present invention relates to a laser ignition device used for ignition of an internal combustion engine mounted in a limited mounting space such as a vehicle and a control method thereof.
近年、フラッシュランプ、半導体レーザ等の励起用光源をQスイッチ式のレーザ媒質に照射し、短いパルス幅でエネルギを集中させて放出するパルスレーザを発振させ、さらにパルスレーザを集光レンズなどの光学系部品を用いて集光して、高いエネルギを集中させることにより、内燃機関の点火を行ったり、金属の加工を行ったりするレーザ装置が種々提案されている。 In recent years, a Q-switch type laser medium is irradiated with an excitation light source such as a flash lamp or a semiconductor laser to oscillate a pulse laser that emits energy with a short pulse width and concentrates it. Various laser devices have been proposed that ignite an internal combustion engine or process a metal by concentrating using a system component and concentrating high energy.
例えば、特許文献1には、出力するレーザパルスのパワー及びパルス幅を調整可能し、内燃機関の燃焼室内の燃料に向けてレーザパルスを出力するためのレーザ装置と、点火タイミングにおいて、前記燃焼室内でプラズマを生じ得るピークパワーを有する第1パルスレーザが前記レーザ装置から出力された後、前記第1レーザパルスよりもピークパワーの低い第2レーザパルスが前記レーザ装置から前記燃焼室内で生じたプラズマに向けて出力されるように、前記レーザ装置を制御する制御装置とを備えたレーザ点火装置が開示されている。
For example,
また、特許文献2には、レーザ発振器の出力補正方法として、励起用ランプを駆動する投入電流駆動回路に入力する電流信号I(n)を基準光量値Ls(n)とレーザ出力光量値Lb(n)との差に応じた量ΔP(n)と、積算基準光量値ΣLb(n)と積算レーザ出力光量値ΣLs(n)との差に応じた量ΔJ(n)と、予め定めた形状の基準電流値Is(n+1)に基づいて演算することによって、レーザ出力を基準波形に一致させる方法が開示されている。 Further, in Patent Document 2, as a method for correcting the output of a laser oscillator, a current signal I (n) input to an input current driving circuit for driving an excitation lamp is converted into a reference light amount value Ls (n) and a laser output light amount value Lb ( n), an amount ΔP (n) corresponding to the difference from n), an amount ΔJ (n) corresponding to the difference between the integrated reference light amount value ΣLb (n) and the integrated laser output light amount value ΣLs (n), and a predetermined shape A method of matching the laser output with the reference waveform by calculating based on the reference current value Is (n + 1) is disclosed.
ところが、特許文献1にあるような、従来のレーザ点火装置において、エンジヘッドの限られた搭載スペースにレーザ発振器を搭載した場合、十分に冷却することが困難となる上に、周囲の温度変化が大きく、レーザ発振器の温度変化や劣化により、発振されるレーザのパルス間隔が変化し、点火時期を適正な値に制御できない虞がある。
また、従来のレーザ点火装置において、搭載性を考慮してエンジンヘッドには集光レンズ等の光学系部品のみを載置して、レーザ発振装置をエンジンヘッドの外に設けた場合には、レーザ発振装置と光学系部品との間を光ファイバ等の伝送手段を介して両者を接続することになるが、車両運転者の安全を確保するために、光ファイバの接続状態を確実に検出する必要がある。
However, in the conventional laser ignition device as disclosed in
In addition, in the conventional laser ignition device, in consideration of the mountability, when only an optical system component such as a condenser lens is mounted on the engine head and the laser oscillation device is provided outside the engine head, Both the oscillator and the optical system components are connected via a transmission means such as an optical fiber, but it is necessary to reliably detect the connection state of the optical fiber in order to ensure the safety of the vehicle driver. There is.
一方、特許文献2にあるようなレーザ加工装置においてレーザ発振器は、水冷装置などによって十分に冷却できる環境に置かれているので、元々レーザ発振器の温度変化による発振パルスの変化が少ない上に、加工装置としての用途を満たすためには、レーザ出力のエネルギ量が基準波形に一致すれば、レーザ発振器から発振されるパルス間隔やパルス数までは問題とならず、上述のように車両に搭載する上での課題について考慮した構成になっていない。
また、特許文献2にあるような従来のレーザ発振器の補正方法では、実際にレーザ発振器から放射された光の一部をビームスプリッタによって分岐し、光センサによって検出して、レーザ出力の補正に用いているが、このような分岐手段をエンジンヘッドの限られた搭載スペースに設けることは困難である。
加えて、従来のように、レーザ発振器から発振された高いエネルギ状態のパルスレーザの一部を分岐させて光センサを用いて検出することにより、出力補正を行ったのでは光センサの劣化が早くなる虞がある。
On the other hand, in a laser processing apparatus such as that disclosed in Patent Document 2, the laser oscillator is placed in an environment that can be sufficiently cooled by a water-cooling apparatus or the like. In order to satisfy the application as a device, if the energy amount of the laser output matches the reference waveform, there is no problem with the pulse interval and the number of pulses oscillated from the laser oscillator. It is not the structure which considered the problem in.
Further, in the conventional laser oscillator correction method as disclosed in Patent Document 2, a part of the light actually emitted from the laser oscillator is branched by a beam splitter, detected by an optical sensor, and used for correcting the laser output. However, it is difficult to provide such a branching means in a limited mounting space of the engine head.
In addition, when the output correction is performed by branching a part of the high energy pulse laser oscillated from the laser oscillator and detecting it using the optical sensor as in the past, the optical sensor deteriorates quickly. There is a risk of becoming.
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、小型でエンジンへの搭載性に優れ、かつ、信頼性、安全性に優れたレーザ点火装置とその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser ignition device that is small in size, excellent in mountability on an engine, and excellent in reliability and safety, and a control method thereof.
請求項1の発明では、内燃機関に設けられ、該機関を制御する電子制御装置から機関の運転状況に応じて発信される点火信号に従って、励起光源を駆動する駆動電流を印加し、該励起光源から放射された励起レーザをレーザ発振器によってエネルギ密度の高いパルスレーザとして発振させ、集光手段によってさらにエネルギ密度を高めて燃焼室内の混合気の点火を行うレーザ点火装置において、レーザ出力検出手段として、上記レーザ発振器から発振されたパルスレーザの戻り光の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折されたパルスレーザの戻り光を検出する戻り光検出センサとを具備する。 According to the first aspect of the present invention, a driving current for driving the excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in accordance with the operating state of the engine from an electronic control device that is provided in the internal combustion engine and controls the engine. In the laser ignition device that oscillates the excitation laser emitted from the laser as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by the condensing means and ignites the mixture in the combustion chamber, as a laser output detection means, An optical element that refracts the traveling direction of the return light of the pulse laser oscillated from the laser oscillator, and a return light detection sensor that detects the return light of the pulse laser refracted by the optical element.
請求項2の発明では、内燃機関に設けられ、該機関を制御する電子制御装置から機関の運転状況に応じて発信される点火信号に従って、励起光源を駆動する駆動電流を印加し、該励起光源から放射された励起レーザをレーザ発振器によってエネルギ密度の高いパルスレーザとして発振させ、集光手段によってさらにエネルギ密度を高めて燃焼室内の混合気の点火を行うレーザ点火装置において、励起光源劣化検出手段として、上記励起光源から放射された励起レーザの一部の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折された励起レーザの一部を検出する励起光検出センサとを具備する。 According to the second aspect of the present invention, a driving current for driving the excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in the internal combustion engine and transmitted in accordance with the operating condition of the engine from an electronic control device that controls the engine, and the excitation light source As a pumping light source deterioration detecting means in a laser igniter that oscillates an excitation laser emitted from a laser as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator and further increases the energy density by a condensing means to ignite an air-fuel mixture in a combustion chamber An optical element that refracts the traveling direction of a part of the excitation laser emitted from the excitation light source, and an excitation light detection sensor that detects a part of the excitation laser refracted by the optical element.
請求項3の発明では、内燃機関に設けられ、該機関を制御する電子制御装置から機関の運転状況に応じて発信される点火信号に従って、励起光源を駆動する駆動電流を印加し、該励起光源から放射された励起レーザをレーザ発振器によってエネルギ密度の高いパルスレーザとして発振させ、集光手段によってエネルギ密度を高めて燃焼室内の混合気の点火を行うレーザ点火装置において、レーザ出力検出手段として、上記レーザ発振器から発振されたパルスレーザの戻り光の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折されたパルスレーザの戻り光を検出する戻り光検出センサとを具備し、励起光源劣化検出手段として、上記励起光源から放射された励起レーザの一部の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折された励起レーザの一部を検出する励起光検出センサとを具備する。 According to a third aspect of the present invention, a drive current for driving an excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in an internal combustion engine and transmitted from an electronic control device that controls the engine in accordance with an operation state of the engine, and the excitation light source In the laser ignition device that oscillates the excitation laser emitted from the laser as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator and raises the energy density by the condensing means to ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber, An excitation light source deterioration detecting means comprising: an optical element that refracts the traveling direction of the return light of the pulse laser oscillated from the laser oscillator; and a return light detection sensor that detects the return light of the pulse laser refracted by the optical element. An optical element that refracts a part of the traveling direction of the excitation laser emitted from the excitation light source, and the optical element Comprising an excitation light sensor for detecting a portion of the folded excitation laser.
請求項4の発明では、内燃機関に設けられ、該機関を制御する電子制御装置から機関の運転状況に応じて発信される点火信号に従って、励起光源を駆動する駆動電流を印加し、該励起光源から放射された励起レーザをレーザ発振器によってエネルギ密度の高いパルスレーザとして発振させ、集光レンズによってさらにエネルギ密度を高めて燃焼室内の混合気の点火を行うレーザ点火装置の制御方法であって、レーザ出力検出手段として、上記レーザ発振器から発振されたパルスレーザの戻り光の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折されたパルスレーザの戻り光を検出する戻り光検出センサとを設け、上記戻り光検出センサの出力に基づいて検知された実際の出力パルス数が、上記電子制御装置から発信された一の点火信号に対して上記レーザ発振器から発振すべきパルスレーザの目標パルス数よりも少ないときには、上記駆動電流の印加時間を長くし、又は、上記駆動電流を大きくする。 According to a fourth aspect of the present invention, a driving current for driving an excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in an internal combustion engine and transmitted from an electronic control device for controlling the engine in accordance with the operating state of the engine, A control method of a laser ignition device that oscillates an excitation laser emitted from a laser as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condenser lens, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber. As output detection means, an optical element that refracts the traveling direction of the return light of the pulse laser oscillated from the laser oscillator, and a return light detection sensor that detects the return light of the pulse laser refracted by the optical element, The actual number of output pulses detected based on the output of the return light detection sensor is one ignition signal transmitted from the electronic control unit. When less than the target number of pulses of the pulse laser should be oscillated from the laser oscillator for items, a longer application time of the driving current, or, to increase the driving current.
請求項5の発明では、内燃機関に設けられ、該機関を制御する電子制御装置から機関の運転状況に応じて発信される点火信号に従って、励起光源を駆動する駆動電流を印加し、該励起光源から放射された励起レーザをレーザ発振器によってエネルギ密度の高いパルスレーザとして発振させ、集光レンズによってさらにエネルギ密度を高めて燃焼室内の混合気の点火を行うレーザ点火装置の制御方法であって、励起光源劣化検出手段として、上記励起光源から放射された励起レーザの一部の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折された励起レーザの一部を検出する励起光検出センサとを設け、上記励起光検出センサによって検知された出力のピーク電圧が、予め初期状態において上記励起光検出センサによって検知された出力のピーク電圧初期値よりも低いときには、上記駆動電流の印加時間を長くし、又は、上記駆動電流を大きくする。 According to the invention of claim 5, a drive current for driving the excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in the internal combustion engine and transmitted from an electronic control device for controlling the engine according to the operating state of the engine, and the excitation light source A method of controlling a laser ignition device that oscillates an excitation laser emitted from a laser as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condenser lens, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber. As a light source deterioration detecting means, an optical element that refracts the traveling direction of a part of the excitation laser emitted from the excitation light source and an excitation light detection sensor that detects a part of the excitation laser refracted by the optical element are provided. The peak voltage of the output detected by the excitation light detection sensor was previously detected by the excitation light detection sensor in the initial state. When lower than the peak voltage initial value of the force, a longer application time of the driving current, or, to increase the driving current.
請求項6の発明では、内燃機関に設けられ、該機関を制御する電子制御装置から機関の運転状況に応じて発信される点火信号に従って、励起光源を駆動する駆動電流を印加し、該励起光源から放射された励起レーザをレーザ発振器によってエネルギ密度の高いパルスレーザとして発振させ、集光レンズによってさらにエネルギ密度を高めて燃焼室内の混合気の点火を行うレーザ点火装置の制御方法であって、レーザ発振器劣化検出手段として、上記レーザ発振器から発振されたパルスレーザの戻り光の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折されたパルスレーザの戻り光を検出する戻り光検出センサとを設け、上記戻り光検出センサの出力に基づいて検知された実際の出力パルス数が、上記電子制御装置から発信された一の点火信号に対して上記レーザ発振器から発振すべきパルスレーザの目標パルス数よりも少ないときには、上記駆動電流の印加時間を長くし、又は、上記駆動電流を大きくした後、再度検出した出力パル数が上記目標パルス数よりも少ないときには、上記レーザ発振器の劣化と判定する。 According to a sixth aspect of the present invention, a driving current for driving the excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in the internal combustion engine and transmitted in accordance with the operating state of the engine from an electronic control device that controls the engine, and the excitation light source A control method of a laser ignition device that oscillates an excitation laser emitted from a laser as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condenser lens, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber. As an oscillator deterioration detection means, an optical element that refracts the traveling direction of the return light of the pulse laser oscillated from the laser oscillator and a return light detection sensor that detects the return light of the pulse laser refracted by the optical element are provided. The actual number of output pulses detected based on the output of the return light detection sensor is transmitted from the electronic control unit. When the number of pulse pulses to be oscillated from the laser oscillator with respect to the ignition signal is less than the target pulse number, the drive current application time is lengthened, or the drive current is increased and then the number of output pulses detected again is When the number is less than the target number of pulses, it is determined that the laser oscillator has deteriorated.
請求項7の発明では、内燃機関に設けられ、該機関を制御する電子制御装置から機関の運転状況に応じて発信される点火信号に従って、励起光源を駆動する駆動電流を印加し、該励起光源から放射された励起レーザをレーザ発振器によってエネルギ密度の高いパルスレーザとして発振させ、集光レンズによってさらにエネルギ密度を高めて燃焼室内の混合気の点火を行うレーザ点火装置の制御方法であって、レーザ発振器劣化検出手段として、上記レーザ発振器から発振されたパルスレーザの戻り光の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折されたパルスレーザの戻り光を検出する戻り光検出センサとを設け、上記励起光源から励起レーザが出力されているにもかかわらず、上記戻り光検出センサの出力が所定の閾値以下のときには、上記励起光源と上記レーザ発振器とが接続されていないと判定し、上記励起光源からの励起レーザの発振を停止する。 According to a seventh aspect of the present invention, a driving current for driving an excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in an internal combustion engine and transmitted from an electronic control device for controlling the engine in accordance with an operation state of the engine, A control method of a laser ignition device that oscillates an excitation laser emitted from a laser as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condenser lens, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber. As an oscillator deterioration detection means, an optical element that refracts the traveling direction of the return light of the pulse laser oscillated from the laser oscillator and a return light detection sensor that detects the return light of the pulse laser refracted by the optical element are provided. The output of the return light detection sensor is not more than a predetermined threshold even though the excitation laser is output from the excitation light source. Sometimes, it is determined that the excitation light source and the said laser oscillator is not connected, to stop the oscillation of the excitation laser from said pumping light source.
請求項8の発明では、内燃機関に設けられ、該機関を制御する電子制御装置から機関の運転状況に応じて発信される点火信号に従って、励起光源を駆動する駆動電流を印加し、該励起光源から放射された励起レーザをレーザ発振器によってエネルギ密度の高いパルスレーザとして発振させ、集光レンズによってさらにエネルギ密度を高めて燃焼室内の混合気の点火を行うレーザ点火装置の制御方法であって、励起光源劣化検出手段として、上記励起光源から放射された励起レーザの一部の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折された励起レーザの一部を検出する励起光検出センサとを設け、上記励起光検出センサによって検知された出力のピーク電圧と、予め初期状態において上記励起光検出センサによって検知された出力のピーク電圧初期値との差が所定の閾値を超えるときには、上記励起光源の劣化と判定する。 According to an eighth aspect of the present invention, a driving current for driving an excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in an internal combustion engine and transmitted from an electronic control device for controlling the engine according to the operating state of the engine, A method of controlling a laser ignition device that oscillates an excitation laser emitted from a laser as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condenser lens, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber. As a light source deterioration detecting means, an optical element that refracts the traveling direction of a part of the excitation laser emitted from the excitation light source and an excitation light detection sensor that detects a part of the excitation laser refracted by the optical element are provided. The peak voltage of the output detected by the excitation light detection sensor and the detection by the excitation light detection sensor in the initial state in advance When the difference between the peak voltage initial value of the force exceeds a predetermined threshold value, it is determined that the degradation of the excitation light source.
請求項1の発明によれば、上記戻り光検出センサの出力によって上記レーザ発振器の状態を検知することが可能となり、上記レーザ発振器の温度変化によって実際に発振されたパルスレーザの発振間隔が変動したときに目標とする発振間隔に一致させるよう補正することが可能となる。
また、従来のように、レーザ発振器から発振されたエネルギ密度の高いパルスレーザそのものを分光して検出するのではなく、エネルギ密度の低い戻り光を検出するため、上記出力検出手段そのものが劣化し難くなり耐久性が向上する上に、小型化も容易である。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to detect the state of the laser oscillator based on the output of the return light detection sensor, and the oscillation interval of the pulse laser actually oscillated varies due to the temperature change of the laser oscillator. It is sometimes possible to make corrections so as to match the target oscillation interval.
Further, unlike the prior art, the pulsed laser having a high energy density oscillated from the laser oscillator itself is not detected by spectroscopy, but the return light having a low energy density is detected. Durability is improved and downsizing is easy.
請求項2の発明によれば、上記励起光検出センサの出力によって上記励起光源の劣化状態を検知することが可能となり、上記励起光源の劣化状態応じて該励起光源を駆動する駆動電流を補正して、上記励起光源から放射される励起光の出力を安定化させることが可能となる。
また、パルスレーザに比べてエネルギ密度の低い励起レーザの一部を検出するため、光学系の劣化が起こり難く、耐久性が向上する上に、小型化も容易である。
According to the invention of claim 2, it is possible to detect the deterioration state of the excitation light source based on the output of the excitation light detection sensor, and the drive current for driving the excitation light source is corrected according to the deterioration state of the excitation light source. Thus, the output of the excitation light emitted from the excitation light source can be stabilized.
Further, since a part of the excitation laser having a lower energy density than that of the pulse laser is detected, the optical system is hardly deteriorated, durability is improved, and miniaturization is easy.
請求項3の発明によれば、請求項1の発明の効果と請求項2の発明の効果とが重畳的に得られ、さらに安定したパルスレーザの発振が可能となり、点火装置としての信頼性が向上する。
加えて、上記戻り光検出センサの出力と上記励起光検出センサの出力との相違から、上記励起光源と上記レーザ発振器との間で励起光の漏れの有無を検知し、上記内燃機関を運転する運転者の安全を確保することも可能となる。
According to the invention of claim 3, the effects of the invention of
In addition, from the difference between the output of the return light detection sensor and the output of the excitation light detection sensor, the presence of leakage of excitation light is detected between the excitation light source and the laser oscillator, and the internal combustion engine is operated. It is also possible to ensure the safety of the driver.
請求項4の発明によれば、上記レーザ発振器の温度上昇により、出力されるパルスレーザの発振間隔が長くなったときに、目標とする発振間隔に一致させることが可能となり、内燃機関の運転状況に応じた適切な点火が実現される。 According to the invention of claim 4, when the oscillation interval of the output pulse laser becomes longer due to the temperature rise of the laser oscillator, it becomes possible to make it coincide with the target oscillation interval, and the operating condition of the internal combustion engine Appropriate ignition according to is realized.
請求項5の発明によれば、上記励起光源の劣化により、励起光の出力が低下したときに、励起光の出力を安定させることが可能となり、内燃機関の運転状況に応じた適切な点火が実現される。 According to the invention of claim 5, when the output of the excitation light is reduced due to the deterioration of the excitation light source, the output of the excitation light can be stabilized, and the appropriate ignition according to the operating condition of the internal combustion engine can be performed. Realized.
請求項6の発明によれば、速やかに上記レーザ発振器の異常を検知し、交換を促すことが可能となり、点火装置としての信頼性が確保される。 According to the sixth aspect of the invention, it is possible to promptly detect an abnormality of the laser oscillator and prompt replacement thereof, thereby ensuring reliability as an ignition device.
請求項7の発明によれば、上記励起光源と上記レーザ発振器との接続がはずれた場合に確実にレーザ光の外部への漏れを防止し、運転者の安全を確保することが可能となり、点火装置としての信頼性、安全性が確保される。 According to the seventh aspect of the present invention, when the connection between the excitation light source and the laser oscillator is disconnected, it is possible to reliably prevent the leakage of laser light to the outside, and to ensure the safety of the driver. Reliability and safety as a device are ensured.
請求項8の発明によれば、速やかに上記歴光源の異常を検知し、交換を促すことが可能となり、点火装置としての信頼性が確保される。 According to the invention of claim 8, it is possible to promptly detect an abnormality of the history light source and prompt the replacement, and the reliability as the ignition device is ensured.
本発明のレーザ点火装置は、レーザ媒質の温度変化や半導体レーザの劣化によって発生するパルスレーザの発振周期の変動に対して、パルスレーザの戻り光、又は、励起レーザのいずれか一方又は両方を検出して、実際に発振されたパルスレーザの発振周期を検知し、燃焼条件に適したパルス数、又は、レーザ出力となるように補正して、高過給エンジン、高圧縮エンジン、希薄混合気エンジン等の難着火性の内燃機関において安定した着火の実現を図るものである。 The laser ignition device of the present invention detects either one or both of the return light of the pulse laser and / or the pump laser in response to fluctuations in the oscillation period of the pulse laser caused by the temperature change of the laser medium or the deterioration of the semiconductor laser. Then, the oscillation period of the actually oscillated pulse laser is detected and corrected so that the number of pulses suitable for the combustion condition or the laser output is obtained, so that the high supercharged engine, the high compression engine, the lean mixture engine Thus, it is intended to realize stable ignition in a difficult-ignition internal combustion engine.
図1を参照して、本発明の第1の実施形態におけるレーザ点火装置100の概要について説明する。なお、本発明において、適用される内燃機関を限定するものではないが、本図に示すように、内燃機関7、シリンダヘッド70、吸気筒71、吸気バルブ711、排気筒72、排気バルブ722、図略のシリンダブロック、ピストンによって、燃焼室73が区画され、シリンダヘッド70に固定されたレーザ点火プラグ4の先端を燃焼室73に対向させ、燃焼室73内に導入された混合気中にパルスレーザを集光して混合気の点火を図るものである。
本実施形態におけるレーザ点火装置100は、レーザ発振器41から発振されたパルスレーザLSRPLSの戻り光REFPLSを検出して、半導体レーザ1に印加する駆動電流の制御にフィードバックさせ、レーザ発振器41の温度変化に伴う出力パルス間隔の増減、及び、出力パルス数の増減を補正することによって、内燃機関の安定した点火を実現可能としたことを特徴としている。
With reference to FIG. 1, the outline | summary of the
The
レーザ点火装置100は、励起光源として設けた半導体レーザ1と、半導体レーザ1を駆動する駆動回路2と、レーザ発振器の状態を検知するために設けたレーザ出力検出手段3と、内燃機関8のシリンダヘッド70に載置されるレーザ点火プラグ4と、出力エネルギ決定手段5と、これらを制御する電子制御装置(ECU)6とによって構成されている。
半導体レーザ1は、GaAlAs、InGaAs等の結晶材料で形成されたレーザダイオードが用いられ、駆動回路2からの駆動電流(D1、又は、DAMD)の印加により励起レーザLSRPMPを放射する。
The
The
半導体レーザ1から放射された励起レーザLSRPMPは、光ファイバ10、35、レーザ出力検出手段3を介して、レーザ点火プラグ4に伝送される。
本実施形態において、レーザ出力検出手段3は、パルスレーザ戻り光REFPLSの進行方向を屈折させる光学素子として設けられたビームスプリッタ30と、ビームスプリッタ30によって進行方向が屈折されたパルスレーザ戻り光REFPLSを検出する戻り光検出センサ31とによって構成されている。
The excitation laser LSR PMP emitted from the
In the present embodiment, the laser output detection means 3 includes a
ビームスプリッタ30は、石英ガラス等からなり、略平板状に形成された光学素子300のレーザ発振器41に対向する側の表面に、励起レーザLSRPMPは透過し、パルスレーザLSRPLSの戻り光REFPLSは反射する戻り光部分反射膜301が形成されたハーフミラーとなっており、励起レーザの進行方向に対して45°の角度で配置されている。
戻り光検出センサ31には、例えば、GaAs、Si、AlGaSb、InGaAs、GaAsN等をの半導体素子を含むフォトダイオード又は、フォトトランジスタ等が用いられている。
なお、パルスレーザ戻り光REFPLSは、特定の波長(例えば、1064nm)を有しており、励起レーザLSRPMPの波長(例えば、808nm)となっているので、どちらの波長も検知するセンサ(例えば、Si、InGaAs)を用いる場合は、励起レーザLSRPMPの波長(800〜815nm)をカットする光学フィルタ等を光検出センサ31の入射面に装着するのが望ましい。
As the return
The pulse laser return light REF PLS has a specific wavelength (for example, 1064 nm) and is the wavelength of the excitation laser LSR PMP (for example, 808 nm). , Si, InGaAs), it is desirable to attach an optical filter or the like that cuts the wavelength (800 to 815 nm) of the excitation laser LSR PMP to the incident surface of the
レーザ点火プラグ4は、略筒状に形成したプラグ筐体45内に同軸上に並べられた、励起光集光光学系部品40、レーザ発振器41、ビームエキスパンダ42、集光レンズ43、保護カバー44によって構成されている。
レーザ発振器41は、入射面からの励起レーザLSRPMPを透過する励起光透過膜410と、レーザ媒質内で発生した励起光よりも長い波長の光を全反射する蛍光部分反射膜411と、レーザ媒質412と、可飽和吸収体413と、部分反射鏡414とによって共振器を構成している。
The laser ignition plug 4 is coaxially arranged in a
The
レーザ媒質412内で発生した励起レーザLSRPMPよりも長い波長の光が共振し、可飽和吸収体413の固有の閾値を超えるまで増幅される。
共振増幅されたレーザ光が閾値を超えると可飽和吸収体413が受動Qスイッチとして作用し、瞬間的にエネルギ密度の高いパルスレーザLSRPLSとして出射される。
このとき、パルスレーザLSRPLSの一部は、パルスレーザ戻り光REFPLSとして、レーザ発振器41から光ファイバ35を介して、ビームスプリッタ30に戻る。
Light having a wavelength longer than that of the excitation laser LSR PMP generated in the
When the resonance-amplified laser light exceeds the threshold value, the
At this time, part of the pulse laser LSR PLS returns to the
パルスレーザ戻り光REFPLSは、ビームスプリッタ30の戻り光部分反射膜301によってパルレーザ戻り光REFPLSの進行方向に直交する側面方向に反射され、さらにその進行方向に設けた戻り光検出センサ31に入光する。
戻り光検出センサ31は、パルスレーザLSRPLSの実際に出力された発振パルス数に一致するパルスレーザ戻り光REFPLSのパルス数(PLS2)、及び/又は、パルスレーザLSRPLSの出力に比例するパルスレーザ戻り光REFPLSの強度を検出し、戻り光信号30を出力する。
The pulse laser return light REF PLS is reflected by the return light
Return
レーザ出力検出手段3から出力された戻り光信号30は、出力エネルギ決定手段5に入力される。
出力エネルギ決定手段5では、戻り光信号30の入力前は、ECU6から発信された点火信号IGt及び目標パルス数PLS1からなる制御目標値60に従って、駆動回路2を駆動するための標準的な駆動信号50が発信され、点火信号IGtに応じたタイミングで駆動回路2から標準的な駆動電流D1が半導体レーザ1に印加される。
また、出力エネルギ決定手段5では、戻り光信号30の入力後には、入力された検出パルス数PLS2と目標パルス数PLS1との差からレーザ発振器41の状態を検知し、補正後パルス数PLSAMDを実現するために、駆動回路2を駆動するための駆動信号50を補正して発信し、点火信号IGtに応じたタイミングで駆動回路2から補正後駆動電流DAMDが半導体レーザ1に印加される。
駆動回路2からの駆動電流D1又はDAMDの印加によって、半導体レーザ1からレーザ発振器41の状態に応じた励起レーザLSRPMPがレーザ発振器41に放射される。なお、補正後駆動電流DAMDの具体的な補正方法については、図6、7を参照して後述する。
The return
The output energy determination unit 5, before the input of the return
Further, the output energy determining means 5 detects the state of the
By applying the drive current D 1 or D AMD from the drive circuit 2, the pump laser LSR PMP corresponding to the state of the
レーザ発振器41から発振されたパルスレーザLSRPLSは、ビームエキスパンダ42によって所定のビーム径を有する平行光となるように調整される。
ビームエキスパンダ42は、パルスレーザLSRPLSのビーム径を拡大する凹レンズ420と平行光となるように屈折させる凸レンズ421とによって構成されている。
ビームエキスパンダ42によって平行光に調整されたパルスレーザLSRPLSは、集光手段として設けた集光レンズ43によって、燃焼機関8の燃焼室83内の所定の空間位置に配置した集光点FPに集光され、さらに高いエネルギ密度となって燃焼室内に図略の
燃料噴射装置を用いて導入された混合気を着火する。なお、集光点FPの位置は、適用する内燃機関の燃焼特性に応じて適宜変更可能である。
The pulse laser LSR PLS oscillated from the
The
The pulse laser LSR PLS adjusted to parallel light by the
さらに、本実施形態において、半導体レーザ1から励起レーザLSRPMPが出力されているにもかかわらず、戻り光検出センサ31から出力された戻り光出力信号30が所定の閾値以下のときには、半導体レーザ1とレーザ発振器41とを接続する光ファイバ35が外れる等の励起レーザLSRPMPを伝送する経路が接続されていない状態と判定し、励起レーザLSRPMPの発振を停止する。
なお、本判定結果を利用して、併せて燃料噴射やエンジン始動用スタータの起動を停止しても良い。
Furthermore, in the present embodiment, when the pumping laser LSR PMP is output from the
The determination result may be used to stop the fuel injection and the start of the engine starter.
ECU6は、制御目標値60として、内燃機関7の運転状況に応じて、点火時期を決定する点火信号IGtと共に、その点火信号IGtに対してレーザ発振器41から発振されるパルスレーザLSRPLSの目標パルス数PLS1を制御目標値60として、出力エネルギ決定手段5に発信する。
The ECU 6 sets, as the
図2を参照して、本発明の第2の実施形態におけるレーザ点火装置100aの概要について説明する。上記実施形態におけるレーザ点火装置100は、レーザ発振器41から発振されたパルスレーザLSRPLSの戻り光REFPLSを検出して、レーザ発振器41の変動を補正する構成を示したが、本実施形態においては、励起光源劣化検出手段3aとして、励起レーザLSRPMPの反射光REFPMPを検出して、半導体レーザ1の劣化を検出し、半導体レーザ1の劣化に伴う励起レーザLSRPMPの出力低下と、それに起因してレーザ発振器41から発振されるパルスレーザLSRPLSの出力低下を補正して、安定した点火の実現を可能とするものである。
なお、以下の説明において、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付したので、説明を省略し、各実施形態における特徴的な部分を中心に説明する。
With reference to FIG. 2, the outline | summary of the
In the following description, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The description will focus on the characteristic parts in each embodiment.
本実施形態において、励起光源劣化検出手段3aは、励起レーザLSRPMPの一部を屈折させて励起レーザ反射光REFPMPとして取り出す光学素子として設けられたビームスプリッタ30aと、ビームスプリッタ30aによって進行方向が屈折された励起レーザ反射光REFPMPを検出する励起光検出センサ33とによって構成されている。
In the present embodiment, the excitation light source deterioration detection means 3a has a
ビームスプリッタ30aは、石英ガラス等からなり略平板状に形成された光学素子300の半導体レーザ1に対向する側の表面に励起レーザLSRPMPの一部を反射する励起レーザ部分反射膜302が形成されたハーフミラーとなっており、励起レーザLSRPMPの進行方向に対して45°の角度で配置されている。
励起光検出センサ33には、例えば、GaAs、Si、AlGaSb、InGaAs、GaAsN等をの半導体素子を含むフォトダイオード、フォトトランジスタ等が用いられている。なお、励起レーザ反射光REFPMPは、特定の波長(例えば、808nm)を有しており、パルスレーザ戻り光REFPLSの波長(例えば、1064nm)となっているので、どちらの波長も検知するセンサ(例えば、Si、InGaAs)を用いる場合は、励起レーザLSRPMPの波長(800〜815nm)をカットする光学フィルタ等を光検出センサ31の入射面に装着するのが望ましい。
In the
As the excitation
励起光検出センサ33で検出される励起レーザ反射光REFPMPの強度は、励起レーザLSRPMPの強度に比例するので、これを閾値判定することにより、半導体レーザ1の劣化状態を検出することができる。
さらに、励起光検出センサ33の出力34のピーク電圧V1をエネルギ出力決定手段5aに入力して半導体レーザ1に印加する駆動電流の補正にフィードバックさせることによって、半導体レーザ1の劣化に伴う出力低下を補うことができる。
Since the intensity of the excitation laser reflected light REF PMP detected by the excitation
Further, by feeding back the correction of the drive current applied to the
本実施形態において、エネルギ出力決定手段5aで行われる出力補正方法及び半導体レーザ1の劣化状態の判定方法について説明する。
半導体レーザ1の温度が一定の条件において、半導体レーザ1に所定の駆動電流D1を流したときに励起光検出センサ33で検出される励起反射光REFPMPの出力電圧VINと所定の閾値電圧VREFとを比較して劣化判定を行うことができる。
例えば、予めECU6に初期状態における励起光検出センサ33の出力電圧VINのピーク値をピーク電圧初期値V0として記憶し、一定時間経過したときの励起光検出センサ33の出力電圧のピーク値V1をピーク電圧初期値V0と比較し、ピーク電圧差(V1―V0)が所定の閾値以下である場合には、励起光検出センサ33の出力電圧のピーク値V1が初期ピーク値V0に一致するように、半導体レーザ1に印加する駆動電流を増加するように補正後駆動信号DAMDを決定することによって、半導体レーザ1から放射される励起レーザLSRPMPを安定化させることが可能となる。
In the present embodiment, an output correction method performed by the energy
At a temperature of the
For example, the peak value of the output voltage VIN of the excitation
さらに、ピーク電圧V1の学習を繰り返し、供給電力が所定の電源容量を超える場合、又は、ピーク電圧差(V1−V0)が予め設定した所定の閾値を超えたときには、半導体レーザ1の劣化と判定し、自己診断信号として劣化状態であることを記憶したり、警告灯を点灯する等により運転者に半導体レーザ1の交換を促したりすることができる。
なお、半導体レーザ1の劣化判定は、通常の駆動電流よりも低い電力で行い、レーザ発振器41からパルスレーザLSRPLSが発振されない条件下で行うのが望ましく、ECU6から点火信号IGtが発信されない、エンジンの停止中や、半導体レーザ1の温度が一定の状態で実施するのが良い。
Further, the learning of the peak voltage V 1 is repeated, and when the supplied power exceeds a predetermined power source capacity or when the peak voltage difference (V 1 −V 0 ) exceeds a predetermined threshold value, the
The deterioration determination of the
図3を参照して、本発明の第3の実施形態におけるレーザ点火装置100bの概要について説明する。
本実施形態におけるレーザ点火装置100bは、上述の第1の形態におけるレーザ点火装置100の特徴と第2の実施形態におけるレーザ点火装置100aの特徴との両方を備えたものである。
したがって、本実施形態によれば、レーザ発振器41の温度変化に伴うパルスレーザ出力の変動と、半導体レーザ1の劣化に伴うパルスレーザ出力の変動との両方を抑制し、さらに安定した点火を実現できる。
本実施形態において、レーザ出力検出手段と励起光源劣化検出手段とを兼ね備えた検出手段3bは、パルスレーザ戻り光REFPLSの進行方向を屈折させると共に、励起レーザLSRPMPの一部を屈折させて励起レーザ反射光REFPMPとして取り出す光学素子として設けられたビームスプリッタ30bと、ビームスプリッタ30bによって進行方向が屈折されたパルスレーザ戻り光REFPLSを検出する戻り光検出センサ31と、ビームスプリッタ30bによって進行方向が屈折された励起レーザ反射光REFPMPを検出する励起光検出センサ33とによって構成されている。
With reference to FIG. 3, the outline | summary of the
The
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress both the fluctuation of the pulse laser output accompanying the temperature change of the
In the present embodiment, the detection means 3b having both the laser output detection means and the excitation light source deterioration detection means refracts the traveling direction of the pulse laser return light REF PLS and refracts a part of the excitation laser LSR PMP for excitation. A
さらに、本実施形態におけるレーザ出力決定手段5bは、ECU6から内燃機関7の運転状況に応じて発振された点火信号IGt、目標パルスPLS1と、戻り光検出センサ31の出力32(PLS2)と、励起光検出センサ33の出力34(V1、V0)とに基づいて、レーザ発振器41の温度状態、半導体レーザ1の劣化状態との両方に対して、補正後パルスPLSAMDが目標パルスPLS1に近づくように駆動回路2から半導体レーザ1に印加される駆動電流D1を補正後駆動電流DAMDに補正する。
また、本実施形態によれば、第1の実施形態の効果と第2の実施形態の効果との両方が得られるだけでなく、パルスレーザ戻り光REFPLSと励起レーザ反射光REFPMPとの比較から、光ファイバ35とレーザ点火プラグ4との接続状態を検知することも可能となる。
Further, the laser
Further, according to the present embodiment, not only the effects of the first embodiment and the effect of the second embodiment can be obtained, but also a comparison between the pulse laser return light REF PLS and the excitation laser reflected light REF PMP. Therefore, it is possible to detect the connection state between the
図4を参照して、本発明の第4の実施形態におけるレーザ点火装置100cに用いられるレーザ出力検出手段3cの概要について説明する。
上記実施形態においては、パルスレーザ戻り光REFPLS又は、励起レーザ反射光REFPMPを分光する光学素子として、ビームスプリッタ30、30a、30bを用いた例を示したが、本実施形態においては、半導体レーザ1から放射された励起レーザLSRPMPを集光する励起光集光光学系部品40の一部をレーザ出力検出手段3cの光学素子30cに利用しつつ、半導体レーザ1と、戻り光検出センサ31c、励起光検出センサ33cと共に半導体レーザ1を封止保護するパッケージ36内に一体的に載置し、レーザ出力検出手段3cの小型化を図ったものである。
With reference to FIG. 4, the outline of the laser output detection means 3c used in the
In the above-described embodiment, an example in which the
本実施形態においては、複数の半導体レーザ1が直列に接続され、外部に引き出された正電源端子200及び負電源端子201に接続されている。
それぞれの半導体レーザ1の励起レーザLSRPMPの放射位置には、光ファイバ10cの一方の端が配設され、光ファイバ10c内を励起レーザLSRPMPが伝送されるようになっている。
光ファイバ10cの他方の端には、光学素子30cが配設されている。光学素子30cは、半導体レーザ1に対向する側(入力側)の表面には、いわゆるARコーティングと呼ばれる、励起レーザLSRPMPの反射を抑制し、透過効率を向上させた減反射皮膜302cが形成され、レーザ発振器41の側に対向する表面(出力側)の表面には、レーザパルス戻り光REFPLSを反射する戻り光反射皮膜301cが形成されている。
また、光学素子30cは、光ファイバ10c内を伝送された励起レーザLSRPMPを集光する励起光集光光学系部品の一部を兼ねており、励起レーザLSRPMPが平行光となるように調整して、光ファイバ35cに入光している。
In the present embodiment, a plurality of
One end of the
An
The
さらに、光学素子30cと光ファイバ35cとの間隙から漏れる、レーザパルス戻り光REFPLSと励起レーザ反射光REFPMPとのそれぞれを、石英、BK7等からなる光ガイド部311、331を介して戻り光検出センサ31cと励起光検出センサ33cに入光させる。
戻り光検出センサ31cは、外部に引き出された一対の戻り光出力端子310、311に接続されている。
励起光検出センサ33cは、外部に引き出された一対の励起光出力端子330、331に接続されている。
パッケージ36は、熱伝導性の高い金属ケースや樹脂部材等からなり、半導体レーザ1及びレーザ出力検出部3cを構成する、光ファイバ10c、35c、光学素子30c、戻り光検出センサ31c、励起光検出センサ33cを一体的に封止し光学部品の損傷、汚染を防止するとともに、半導体レーザの熱を外部に放出するためのヒートシンクの役割を果たす。
あるいは、パッケージ36は断熱性の高い樹脂を使ってエンジンからの入熱を遮断し半導体レーザ熱を放出する冷却装置を内部に装着する。
本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果を発揮できるのに加えて、レーザ点火装置100cのさらなる小型化を図ることが可能となる。
Further, the laser pulse return light REF PLS and the excitation laser reflected light REF PMP leaking from the gap between the
The return
The excitation
The
Alternatively, the
According to this embodiment, in addition to being able to exhibit the same effects as in the above embodiment, it is possible to further reduce the size of the
図5を参照して本発明の第5の実施形態におけるレーザ点火装置100dの概要について説明する。
本実施形態においては、第4の実施形態と同様に、半導体レーザ1及びレーザ出力検出部3cを一体的にパッケージ36d内に封止すると共に、レーザ点火プラグ4dの頭部に載置し、コネクタ部37を形成して、コネクタ部37内に、一対の電源端子200、201、戻り光出力端子310、311、励起光出力端子330、331を配設し、駆動回路2及び出力エネルギ決定手段5とは、コネクタ部37に嵌合する図略のコネクタ部を備えたワイヤハーネスを介して接続可能としてある。
さらに、燃焼室73から半導体レーザ1側への入熱を防止すると共に、半導体レーザ1で発生する熱を排出する冷却機構として、パッケージ36dを熱伝導率の高い金属材料によって形成し、その内側に配設された半導体レーザ1に接触させてヒートシンクとして利用したり、ヒートシンクに接していない半導体レーザ1の周囲を断熱性の樹脂で覆って、燃焼室73から放出される熱を遮断するようにするのが望ましい。
An overview of a
In the present embodiment, as in the fourth embodiment, the
Further, as a cooling mechanism for preventing heat input from the
加えて、シリンダヘッド70を冷却するエンジン冷却装置と、ヒートシンクとして設けられたパッケージ36dとを熱的に結合することにより、ヒートシンクの冷却効果を高めることができ、レーザ発振器41の温度環境の変化を少なくし、発振されるパルスレーザLSRPLSの発振パルスの変動幅を抑制することができる。
また、励起レーザLSRPMPの波長を−30〜130℃の範囲において、例えば、808±3nmに制限する狭帯域化素子(Volume Bragg Gratings VBG)等の波長ロック機構を半導体レーザ1に組み込んだ構成としても良い。
このような構成とすることによって、導体レーザ1及びレーザ点火プラグ4とが一体となり、駆動回路2と半導体レーザ1とは容易に分離可能となるので、プラグの着脱が容易となる上に、プラグ交換時の誤作動や、レーザ光の漏れにより、運転者等の安全を脅かす虞がない。
In addition, the cooling effect of the heat sink can be enhanced by thermally coupling the engine cooling device for cooling the
In addition, a wavelength lock mechanism such as a narrow band narrowing element (Volume Bragg Gradings VBG) that limits the wavelength of the excitation laser LSR PMP within a range of −30 to 130 ° C., for example, 808 ± 3 nm is incorporated in the
With this configuration, the
図6を参照して、本発明のレーザ点火装置100の制御方法の他の例について説明する。上記実施形態においては、レーザ発振器41の温度が上昇し、発振周期が長くなったときに、駆動電流の印加時間を延ばして、補正後駆動電流DAMDとしたが、本実施形態においては、同様の場合に、駆動電流を大きくして、補正後駆動電流DAMDとした点が相違する。
駆動電流を大きくすることにより、レーザ発振器41の温度が高くなっていても、Qスイッチの作動時間を短縮させることができ、補正後パルス数PLSAMDを目標パルス数PLS1と一致させることができる。
With reference to FIG. 6, another example of the control method of the
By increasing the drive current, the operating time of the Q switch can be shortened even when the temperature of the
図7を参照して、本発明のレーザ点火装置100の制御方法の一例について説明する。ECU7から点火信号IGtが発信されると、レーザ特性判定領域において、目標パルス数PLS1と、レーザパルス戻り光REFPLSの検出によって得られた出力パルスPLS2とが比較され、目標パルス数PLS1に一致するよう駆動電流が補正される。
本実施形態においては、レーザ発振器41の温度上昇により、発振周期が長くなり、実際に発振されたパルスレーザLSRPLSのパルス数PLS2が、目標パルス数PLS1より少なくなった場合に、半導体レーザ1に印加する駆動電流を変更することなく、印加時間を長くすることによって、フィードバック反映領域において、補正後パルス数PLSAMDを目標パルス数PLS1と一致させることができる。
With reference to FIG. 7, an example of the control method of the
In the present embodiment, when the temperature of the
さらに、レーザ発振器劣化検出手段として、戻り光検出センサ31の出力に基づいて検知された実際の出力パルス数PLS2が、ECU7から発信された一の点火信号IGtに対してレーザ発振器41から発振すべきパルスレーザLSRPLSの目標パルス数PLS1よりも少ないときに、駆動電流の印加時間を長くし、又は、駆動電流を大きくした補正後駆動電流DAMDで駆動してもなお、再度検出した出力パル数PLS2が目標パルス数PLS1よりも少ないときには、レーザ発振器41の劣化と判定することもできる。
Further, as the laser oscillator deterioration detection means, the actual output pulse number PLS 2 detected based on the output of the return
100 レーザ点火装置
1 半導体レーザ
10、35 光ファイバ
2 半導体レーザ駆動回路
20 半導体レーザ駆動信号
3 レーザ出力検出手段
30 ビームスプリッタ
300 光学素子
301 戻り光部分反射膜
31 戻り光検出手段(戻り光検出センサ)
32 戻り光検出信号
33 励起光検出手段(励起光検出センサ)
302 励起光部分反射膜
34 励起光検出信号
4 レーザ点火プラグ
40 励起光調整用光学系部品
41 レーザ発振器
410 励起光透過膜
411 蛍光部分反射膜
412 レーザ共振部
413 過飽和吸収体
414 反射鏡
42 ビームエキスパンダ
43 集光レンズ
44 保護カバー
45 プラグ筐体部
5 レーザ出力判定手段
50 レーザ出力判定信号
6 電子制御装置(ECU)
60 制御目標値
7 内燃機関
70 エンジンヘッド
71 吸気筒
711 吸気バルブ
72 排気筒
721 排気筒
73 燃焼室
FP 集光点
PLS1 目標パルス数
PLS2 戻り光パルス数
PLS3 励起光パルス数
PLSAMD 補正後パルス数
D1 駆動電流
DAMD 補正後駆動電流
100
32 Return
302 Excitation light
60
Claims (8)
レーザ出力検出手段として、上記レーザ発振器から発振されたパルスレーザの戻り光の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折されたパルスレーザの戻り光を検出する戻り光検出センサとを具備することを特徴とするレーザ点火装置。 A driving current for driving the excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in accordance with the operating state of the engine from an electronic control device that controls the engine, and an excitation laser emitted from the excitation light source is provided. In a laser ignition device that oscillates as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condensing means, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber,
As laser output detection means, an optical element that refracts the traveling direction of the return light of the pulse laser oscillated from the laser oscillator and a return light detection sensor that detects the return light of the pulse laser refracted by the optical element are provided. And a laser ignition device.
励起光源劣化検出手段として、上記励起光源から放射された励起レーザの一部の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折された励起レーザの一部を検出する励起光検出センサとを具備することを特徴とするレーザ点火装置。 A driving current for driving the excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in accordance with the operating state of the engine from an electronic control device that controls the engine, and an excitation laser emitted from the excitation light source is provided. In a laser ignition device that oscillates as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condensing means, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber,
As the excitation light source deterioration detecting means, an optical element that refracts the traveling direction of a part of the excitation laser emitted from the excitation light source, and an excitation light detection sensor that detects a part of the excitation laser refracted by the optical element. A laser ignition device comprising:
レーザ出力検出手段として、上記レーザ発振器から発振されたパルスレーザの戻り光の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折されたパルスレーザの戻り光を検出する戻り光検出センサとを具備し、
励起光源劣化検出手段として、上記励起光源から放射された励起レーザの一部の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折された励起レーザの一部を検出する励起光検出センサとを具備することを特徴とするレーザ点火装置。 A driving current for driving the excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in accordance with the operating state of the engine from an electronic control device that controls the engine, and an excitation laser emitted from the excitation light source is provided. In a laser ignition device that oscillates as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condensing means, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber,
As laser output detection means, an optical element that refracts the traveling direction of the return light of the pulse laser oscillated from the laser oscillator and a return light detection sensor that detects the return light of the pulse laser refracted by the optical element are provided. And
As the excitation light source deterioration detecting means, an optical element that refracts the traveling direction of a part of the excitation laser emitted from the excitation light source, and an excitation light detection sensor that detects a part of the excitation laser refracted by the optical element. A laser ignition device comprising:
レーザ出力検出手段として、上記レーザ発振器から発振されたパルスレーザの戻り光の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折されたパルスレーザの戻り光を検出する戻り光検出センサとを設け、
上記戻り光検出センサの出力に基づいて検知された実際の出力パルス数が、上記電子制御装置から発信された一の点火信号に対して上記レーザ発振器から発振すべきパルスレーザの目標パルス数よりも少ないときには、上記駆動電流の印加時間を長くし、又は、上記駆動電流を大きくすることを特徴とするレーザ点火装置の制御方法。 A driving current for driving the excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in accordance with the operating state of the engine from an electronic control device that controls the engine, and an excitation laser emitted from the excitation light source is provided. A method for controlling a laser ignition device that oscillates as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condenser lens, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber,
As laser output detection means, an optical element for refracting the traveling direction of the return light of the pulse laser oscillated from the laser oscillator and a return light detection sensor for detecting the return light of the pulse laser refracted by the optical element are provided. ,
The actual number of output pulses detected based on the output of the return light detection sensor is larger than the target number of pulses of the pulse laser to be oscillated from the laser oscillator with respect to one ignition signal transmitted from the electronic control unit. A control method for a laser ignition device, characterized in that when it is small, the drive current application time is lengthened or the drive current is increased.
励起光源劣化検出手段として、上記励起光源から放射された励起レーザの一部の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折された励起レーザの一部を検出する励起光検出センサとを設け、
上記励起光検出センサによって検知された出力のピーク電圧が、予め初期状態において上記励起光検出センサによって検知された出力のピーク電圧初期値よりも低いときには、上記駆動電流の印加時間を長くし、又は、上記駆動電流を大きくすることを特徴とするレーザ点火装置の制御方法。 A driving current for driving the excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in accordance with the operating state of the engine from an electronic control device that controls the engine, and an excitation laser emitted from the excitation light source is provided. A method for controlling a laser ignition device that oscillates as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condenser lens, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber,
As the excitation light source deterioration detecting means, an optical element that refracts the traveling direction of a part of the excitation laser emitted from the excitation light source, and an excitation light detection sensor that detects a part of the excitation laser refracted by the optical element. Provided,
When the peak voltage of the output detected by the excitation light detection sensor is lower than the initial peak voltage of the output detected by the excitation light detection sensor in the initial state in advance, the application time of the drive current is lengthened, or A method of controlling a laser ignition device, wherein the drive current is increased.
レーザ発振器劣化検出手段として、上記レーザ発振器から発振されたパルスレーザの戻り光の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折されたパルスレーザの戻り光を検出する戻り光検出センサとを設け、
上記戻り光検出センサの出力に基づいて検知された実際の出力パルス数が、上記電子制御装置から発信された一の点火信号に対して上記レーザ発振器から発振すべきパルスレーザの目標パルス数よりも少ないときに、上記駆動電流の印加時間を長くし、又は、上記駆動電流を大きくした後、再度検出した出力パル数が上記目標パルス数よりも少ないときには、上記レーザ発振器の劣化と判定することを特徴とするレーザ点火装置の制御方法。 A driving current for driving the excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in accordance with the operating state of the engine from an electronic control device that controls the engine, and an excitation laser emitted from the excitation light source is provided. A method for controlling a laser ignition device that oscillates as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condenser lens, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber,
As laser oscillator deterioration detection means, an optical element that refracts the traveling direction of the return light of the pulse laser oscillated from the laser oscillator, and a return light detection sensor that detects the return light of the pulse laser refracted by the optical element. Provided,
The actual number of output pulses detected based on the output of the return light detection sensor is larger than the target number of pulses of the pulse laser to be oscillated from the laser oscillator with respect to one ignition signal transmitted from the electronic control unit. When the number of output pulses detected again after increasing the driving current application time or increasing the driving current is less than the target pulse number when the number is small, it is determined that the laser oscillator has deteriorated. A control method of a laser ignition device characterized by the above.
レーザ発振器劣化検出手段として、上記レーザ発振器から発振されたパルスレーザの戻り光の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折されたパルスレーザの戻り光を検出する戻り光検出センサとを設け、
上記励起光源から励起レーザが出力されているにもかかわらず、上記戻り光検出センサの出力が所定の閾値以下のときには、
上記励起光源と上記レーザ発振器とが接続されていないと判定し、上記励起光源からの励起レーザの発振を停止することを特徴とするレーザ点火装置の制御方法。 A driving current for driving the excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in accordance with the operating state of the engine from an electronic control device that controls the engine, and an excitation laser emitted from the excitation light source is provided. A method for controlling a laser ignition device that oscillates as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condenser lens, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber,
As laser oscillator deterioration detection means, an optical element that refracts the traveling direction of the return light of the pulse laser oscillated from the laser oscillator, and a return light detection sensor that detects the return light of the pulse laser refracted by the optical element. Provided,
Despite the fact that an excitation laser is output from the excitation light source, when the output of the return light detection sensor is below a predetermined threshold,
A method for controlling a laser ignition device, comprising: determining that the excitation light source and the laser oscillator are not connected, and stopping oscillation of the excitation laser from the excitation light source.
励起光源劣化検出手段として、上記励起光源から放射された励起レーザの一部の進行方向を屈折させる光学素子と、該光学素子によって屈折された励起レーザの一部を検出する励起光検出センサとを設け、
上記励起光検出センサによって検知された出力のピーク電圧と、予め初期状態において上記励起光検出センサによって検知された出力のピーク電圧初期値との差が所定の閾値を超えるときには、上記励起光源の劣化と判定することを特徴とするレーザ点火装置の制御方法。 A driving current for driving the excitation light source is applied in accordance with an ignition signal provided in accordance with the operating state of the engine from an electronic control device that controls the engine, and an excitation laser emitted from the excitation light source is provided. A method for controlling a laser ignition device that oscillates as a pulse laser having a high energy density by a laser oscillator, further increases the energy density by a condenser lens, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber,
As the excitation light source deterioration detecting means, an optical element that refracts the traveling direction of a part of the excitation laser emitted from the excitation light source, and an excitation light detection sensor that detects a part of the excitation laser refracted by the optical element. Provided,
When the difference between the peak voltage of the output detected by the excitation light detection sensor and the initial peak voltage of the output detected by the excitation light detection sensor in the initial state exceeds a predetermined threshold, the excitation light source deteriorates. A method for controlling a laser ignition device, characterized in that:
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